Расчет СТО на курсовой проект

4 . Конструкторская часть

4.1 Обзор номенклатуры гидравлических цилиндров и способы их ремонта

Гидроцилиндры бывают одно- и двустороннего действия. Характерная особенность гидроцилиндра одностороннего действия заключается в том, что усилие на выходном звене (например, штоке), возникающее при нагнетании в рабочую полость гидроцилиндра жидкости под давлением, может быть направлено только в одну сторону (рабочий ход). В противоположном направлении выходное звено перемещается, вытесняя при этом жидкость из гидроцилиндра, только под влиянием возвратной пружины или другой внешней силы, например, силы тяжести.

Поршневые гидроцилиндры одностороннего действия на сельскохозяйственных машинах применяют обычно в системах управления и для привода некоторых вспомогательных механизмов.

Гидроцилиндры двустороннего действия, в отличие от гидроцилиндров одностороннего действия, включают в себя две рабочие полости, поэтому усилие на выходном звене и его перемещение могут быть направлены в обе стороны в зависимости от того, в какую из полостей нагнетается рабочая жидкость (противоположная полость при этом соединяется со сливом). Жесткое крепление применяют в основном для небольших гидроцилиндров системы управления. В сельскохозяйственных машинах чаще используют шарнирное крепление корпуса гидравлического цилиндра.

Гидравлические цилиндры рабочего оборудования крепят шарнирно, причем в обоих местах шарнирного крепления - у корпуса и штока - применяют сферические подшипники скольжения типа ШС. Эти подшипники допускают

поворот (на небольшой угол) пальца в любой плоскости, обеспечивают свободный монтаж и демонтаж шарнирного соединения и исключают заклинивание его при небольших перекосах из-за неточности изготовления элементов рабочего оборудования.

4.2 Неисправности гидроцилиндров и способы их восстановления

К основным неисправностям гидроцилиндров можно отнести: нарушение уплотнения поршня, износ поверхности гильзы, срыв резьбы, различные течи через уплотнения, износ гильзы, поршня, штока и др.

У гильзы цилиндра изнашивается внутренняя поверхность, на которой могут быть задиры, глубокие царапины, а также забоины и заусенцы по торцам. Следует отметить, что износ гильзы гидроцилиндра носит бочкообразный характер. Это вызвано тем, что для основных рабочих операций сельскохозяйственных машин нет необходимости использовать весь возможный ход поршня. Таким образом гильза гидроцилиндра изнашивается в основном в своей центральной части, в то время, как по краям износ имеет минимальные значения.

О тдельные забоины или риски на зеркале цилиндра можно зачищать шкуркой, зернистостью 80 -120. Ремонт штоков можно проводить двумя путями. Первый сводится к обработке штоков по диаметру до ремонтного размера с последующим хромированием, с толщиной слоя не менее 0,021 мм. Второй способ сводится к проточке наружной поверхности на глубину 0,6 -1 мм, наращиванию металла виброконтактной наплавкой, обработке и хромированию. Погнутые штоки следует править без нагрева, допустимый прогиб, при длине штока до 300 мм, не более 0,15 мм на всей его длине. Резьба на концах штока, в случае ее забоя, прогоняется или заваривается, протачивается и нарезается вновь.

У поршня изнашиваются направляющие поверхности, канавки для поршневых колец и сами кольца.

При большом износе обычно поршни не восстанавливают, а заменяют вновь изготовленными. В настоящее время имеется опыт восстановления поршней наплавкой полиамидной смолой П-61 ЮЛ на специальных литьевых формах. Кроме того, разработан метод ремонта поршней с помощью полиамидных чехлов-манжет.

Уплотнительные резиновые кольца заменяются новыми при их износе или потере эластичности.

В последнее время для восстановления внутренних поверхностей гидроцилиндра применяют способ нанесения полимерного покрытия на них: заполнение жидкой полимерной композицией щелевого зазора между покрываемой поверхностью, соответственно подготовленной для обеспечения хорошей адгезии покрытия, и поверхностью формующего элемента, имеющей высокую чистоту и обработанной с целью исключения к ней адгезии полимера.

Т ак как в технологическом процессе восстановления поверхностей деталей гидроцилиндров большинство операций обладают малоконтролируемыми параметрами, существует достаточно большая вероятность того, что во время восстановления гидроцилиндра может нарушиться слой наносимого материала или его свойства. В результате чего восстановленный гидроцилиндр не будет работать должным образом. Поэтому перед установкой на агрегат необходимо проводить тщательную проверку и обкатку гидроцилиндра. Для этого предлагается использовать разрабатываемый агрегат. Собранные гидроцилиндры предполагается испытывать на герметичность и скорость перемещения штока.

4 .3 Обзор существующих конструкций

Прототипом проектируемого устройства послужили стенды, устройство и работа которых описывается ниже. Стенд для испытания домкратов (рисунок 4.1).

Устройство и принцип работы

На фиг. 1-схематически изображен стенд, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, вид по стрелкеАна фиг. 1.

На раме 1 закреплен кронштейн 2, на котором, в свою очередь, шарнирно закреплен рычаг 3, качающийся на верхнем шарнире 4 в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось стенда. Рычаг 3 на нижнем своем конце имеет проушину 5.Нагрузочный гидродомкрат6 вильчатой проушиной 7 шарнирно соединен с поперечной балкой 8 в ее проушине 9, а вильчатой про­ушиной 10 штока 11 сочленен с проушиной 5 рычага 3.

Испытуемый гидродомкрат12 вильчатой проушиной 13 сочленен шарнирно с поперечной балкой 14 в ее проушине 15, а вильчатой проушиной 16 штока 17 также шарнирно со­членен с проушиной 5 рычага 3.

Стенд оборудован гидросистемой (на фиг.не показана), состоящей из двух насосных установок, одна из которых обеспечивает работу нагрузочного гидродомкрата, а другая работу испытываемого гидродомкрата.

Работа стенда.

I. Испытывается односторонний гидродомкрат на сжимающую его нагрузку. Для выдвижения штока 17 испытуемого гидродомкрата12 в его подпоршневую полость из одной насосной установки подается рабочая жидкость. Выдвигаясь, шток испытуемого гидродомкрата поворачивает рычаг 3 и тем самым перемещает шток нагрузочного гидродомкрата6, заставляя его вдвигаться. Сопротивление жидкости, вытесняемое из подпоршневой полости нагрузочногогидродомкрата6 и протекающей через регулировочное устройство д ругой насосной установки, создает необходимую по величине нагрузку на штоках нагрузочного и испытываемого гидродомкратов.

Для убирания штока испытуемого гидродомкрата12 рабочая жидкость из одной насосной установки подается в подпоршневую полость нагрузочного гидродомкрата6. Выдвигаясь, шток нагрузочного гидравлического домкрата поворачивает рычаг 3 и тем самым перемещает шток испытуемого гидродомкрата12, заставляя его вдвигаться. Сопротивление жидкости, вытесняемой из подпоршневой полости испытуемого гидравлического домкрата и протекающей через регулировочное устройство другой насосной установки, создает необходимую по величине нагрузку на штоках обоих гидравлических домкратов.

II. Испытывается односторонний гидравлического домкрата на растягивающую нагрузку.

Для выдвижения штока испытуемого гидродомкрата12 жидкость из одной насосной установки подается в штоковую полость нагрузоч­ного гидродомкрата6. Убираясь, шток нагрузочного гидравлического домкрата поворачивает рычаг 3 и тем самым перемещает шток испытуемого гидравлического домкрата, заставляя его выдвигаться. Сопротивление жидкости, вытесняемой из штоковой полости испытуемого гидравлического домкрата и протекающей через регулировочное уст­ройство другой насосной установки, создает необходимую по величине нагрузку на штоках обоих гидравлического домкрата.

Для убирания штока испытуемого гидродомкрата12 в его штоковую полость подается жидкость из одной насосной установки. Убираясь, шток испытуемого гидравлического домкрата поворачивает рычаг 3 и тем самым перемещает шток нагрузочного гидродомкрата6, застав­ляя его выдвигаться. Сопротивление жидко­сти, вытесняемой из штоковой полости нагрузочного гидравлического домкрата и протекающей через регулировочное устройство другой насосной установки, создает необходимую по величине нагрузку на штоках обоих гидравлического домкрата. Испытание двухстороннего гидравлического домкрата, соответственно, на сжимающую и р астягиваю­щую нагрузки проводятся аналогично испытаниям одностороннего гидравлического домкрата на соответствующую нагрузку

Рисунок 4.1 – Стенд для испытания домкратов

Установка для проверки гидроцилиндров (прототип).

Устройство и принцип работы.

На раме 1 через шарнир 2 закреплен шток 3 гидроцилиндра 4, соединенного посредством шарнирно закрепленного рычага 5 со штоком 6 гидроцилиндра. Гидроцилиндр 7 через шарнир 8 закреплен на замкнутой раме 1. Штоковая полость 9 гидроцилиндра 4 соединена с поршневой полостью 10 гидроцилиндра 7 трубопроводом 11, а поршневая полость 12 гидроцилиндра 4 соединена со штоковой полостью 13 гидроцилиндра 7 трубопроводом 14. Трубопровод 14 имеет в своем составе дроссельное устройство 15, а трубопровод 11 - дроссельное устройство 16.

С тенд оборудован гидросистемой (на чертеже не показана), состоящей из одной насосной установки.

Стенд работает следующим образом.

Для испытания на выдвижение под нагрузкой, например, штока 6 гидроцилиндра 7,рабочая жидкость из гидросистемы подается в поршневую полость 10 гидроцилиндра 7 через трубопровод 11 шток 6, выдвигаясь, поворачивает рычаг 5 и перемещает гидроцилиндр 4, заставляя вдвигаться шток 3. Сопротивление жидкости, вытесняемой из поршневой полости 12 гидроцилиндра 4 и протекающей через дроссельное устройство 15, создает необходимую по величине нагрузку на штоках обоих гидроцилиндров. Одновременно по трубопроводу 11 через дроссельное устройство 16 заполняется рабочей жидкостью штоковая полость 9 гидроцилиндра 4,

Для испытания на втягивание под нагрузкой, например штока 6 гидроцилиндра 7, рабочая жидкость подается в его штоковую 20 полость 13 через трубопровод 14. Шток 6 вдвигается, поворачивает рычаг 5 и перемещает гидравлический цилиндр 4, заставляя шток 3 выдвигаться. Сопротивление жидкости,
вытесняемой из штоковой полости 12 гидроцилиндра 4 и протекающей через дроссельное устройство 16, создает необходимую по величине нагрузку на штоках обоих гидроцилиндров. Одновременно по трубопроводу 14 через дроссельное устройство 15 заполняется поршневая полость 12 гидроцилиндра 4.

Таким образом, при поочередной подаче рабочей жидкости в трубопроводы 11 и 14, проводятся испытания гидроцилиндров на выдвижение и втягивание штоков под нагрузкой.

Испытания односторонних гидроцилиндров под нагрузкой аналогичны, при этом дроссельное устройство выполняется с различным сопротивлением на подачу (меньшее) и вытеснение (большее) рабочей жидкости.

Р исунок 4.2 – Схема установки для проверки гидроцилиндров (прототип)

Недостатком указанных стендов является невозможность определения утечек, возникающих при работе пары цилиндр-поршень.

Таким образом, задачей конструирования ставится обеспечение возможности проверки утечки жидкости между поршнем и цилиндром в процессе испытания гидроцилиндров.

4.4 Устройство и работа проектируемого стенда

Разрабатываемая установка служит для обеспечения возможности проверки утечки жидкости между поршнем и цилиндром в процессе испытания гидроцилиндров. Это достигается тем, что штоковая полость одного гидроцилиндра соединена с поршневой полостью другого, а штоковая полость последнего соединена с поршневой полостью первого.

Т акое конструктивное выполнение позволяет использовать в гидросистеме стенда только одну насосную установку, тем самым сократив число гидроагрегатов, приборов и других элементов гидросистемы.

Эксплуатационные качества стенда улучшаются за счет исключения необходимости в процессе испытаний поддерживать определенные соотношения параметров в гидроцилиндрах (рисунок 4.2)

Рисунок 4.3 – Схема стенда для испытания гидроцилиндров

Разрабатываемый стенд содержит раму 1, на которой через шарнир 2 закреплен шток 3 гидроцилиндра 4, соединенного посредством шарнирно закрепленного рычага 5 со штоком 6 гидроцилиндра 7. Гидроцилиндр 7 через шарнир 8 закреплен на замкнутой раме

Штоковая полость 9 гидроцилиндра 4 трубопроводом соединена со штоковой полостью 10 гидроцилиндра 7 через последовательно соединенные д россели 12, между которыми включен сливной трубопровод 13. Кроме того, штоковые полости каждого гидроцилиндра трубопроводами через соответствующие краны 14 и 15 соединены с магистралью 16 подачи жидкости. Поршневые полости 17 и 18 каждого гидроцилиндра открыты для контроля утечки жидкости между поршнем и. стенкой цилиндра. Стенд снабжен насосной установкой (не показана).

Для испытания на выдвижение под нагрузкой (нагрузка создаётся соответствующим дросселем), например, штока 6 гидроцилиндра 7 рабочая жидкость из магистрали 16 через открытый кран 14 (кран 15 при этом закрыт)подается в штоковую полость 9 гидроцилиндра 4. Под действием давления гидроцилиндр 4 перемещается, поворачивает рычаг 5 и выдвигает шток 6 гидроцилиндра 7. Жидкость, находящаяся в штоковой полости 10, выдавливается через дроссель 12 на слив.

Для испытания на втягивание под нагрузкой, например, штока 6 гидроцилиндра 7, рабочая жидкость из магистрали 16 через открытый кран 15 (кран 14 при этом закрыт) подается в штоковую полость 10 гидроцилиндра 7. Под действием давления шток 6 втягивается, поворачивая рычаг 5 и перемещая гидроцилиндр 4. Жидкость, находящаяся в штоковой полости 9, выдавливается через дроссель 11 на слив.

В случае срабатывания (значительного истирания) поршня, жидкость, просочившаяся между поршнем и стенкой цилиндра, поступает в поршневые полости 17 или 18 испытываемых гидроцилиндров позволяет определить неисправный гидроцилиндр

4.5 Конструкторские расчеты

4.6 Расчет пальца на срез

З ная, что наибольшее давление, создаваемое гидроцилиндрами (Р) равно 16 МПа=160 кг/см², а диаметры поршней (d) не превышают 12,5 см, диаметр пальца d=6,5 см.

Найдем силу, действующую на палец по формуле [3]:

; (4.1)

Найдем значение напряжения среза:

; (4.2)

,

здесь – для нормализованной стали.

Если палец будет сделан из нормализованной стали 45, то он выдержит нагрузку на срез.

4.7 Расчет производительности гидронасоса

Скорость движения поршня зависит от количества рабочей жидкости, подаваемой в полость гидроцилиндра, в единицу времени и если задать скорость движения поршня можно определить производительность гидронасоса по формуле:

, (4.3)

где - производительность гидронасоса, м³/ч;

- скорость движения поршня, м/с; =0,02 м/с;

- площадь силового гидроцилиндра, м²;

м³/с.

Д анными параметрами обладает насосная станция марки НМШ МЭ 7,5. Техническая характеристика насосной станции приведена в таблице 3.2.

Таблица 4.1 – Техническая характеристика насосной станции

Как видно из таблицы все параметры данной насосной станции соответствуют расчетным показателям. Насосная станция устанавливается в нижней части стенда.

4.8 Расчет сварного соединения рамы

При нагружении изгибающим моментом и силой соединение условие прочности определяем по формуле:

≤ [τ], (4.4)

где М – изгибающий момент, кг∙см.;

l – длина шва, см.;

к – катет шва, см., ß = 0,7;

(4.5)

где Т – действующая на шов сила, кг;

L – плечо силы, см.

М = 3 ∙ 10000= 30000 кг∙см.

Отсюда:

.

[τ] = 0,6[б]_Р. (4.6)

Для стали Ст 3 [б]_Р = 1600 кг/см², тогда:

[τ] = 0,6 ∙ 1600 = 960 кг/см². ττ].

Условие прочности сварного шва выполняются.

4.9 Расчет сварного шва при растяжении

Проведем расчет сварного шва на прочность. Усилие на кронштейне
Р = 4000 кг. Материал заготовки – Ст–3 [_ср = 600 кг см²].

Сила действующая на сварочный шов рассчитывается по формуле:

Р = []·l_М·0,7· , (4.7)

где l_М – длина сварного шва, см.;

 – катет сварного шва, см.

Выражая из формулы (3.7) , получим:

(4.8)

 =   = 71,4 кг  см²;

; 71,4  600.

Условие прочности выполняется.

4.10 Расчет болтовых соединений

Диаметр болта, крепящего перемещаемый кронштейн

, (4.9)

где Q- сила, действующая на один болт;

n_cp- число плоскостей среза;

[]-допускаемое напряжение среза.

, (4.10)

г де P - максимальное давление в гидросистеме;

S - площадь сечения гидроцилиндра;

n - количество болтов.

;

.

Принимаем диаметр болта d₀= 18 мм.